Ingeniería de Software en el desarrollo de tecnologías para el apoyo al diseño curricular: Un mapeo sistemático

Abstract

Abstract: The lack of alignment and the difficulty for the technical and educational teams to communicate are the main problems in the development of curriculum design software in education. The objective of this study is to analyze the different technological proposals for improving curriculum design that have been developed with the aim of aligning the needs of the industry with the curriculum components and other identified problems. Of the 40 studies found, most of the existing tools lack software engineering practices, ontology being the most used model. La cadena de búsqueda se muestra a continuación: ( "software" OR "system" OR "tool" ) AND ( "course design" OR "instructional design" OR "curricul· design" OR "curricul· mapping" OR "curricul· management" OR "competency based learning") Para el proceso de búsqueda se aplicó una cadena de búsqueda para cuatro bases de datos:

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Resumen: La falta de alineamiento y la dificultad para que el equipo técnico y de educación puedan comunicarse son los principales problemas en el desarrollo de software de diseño curricular en educación. El objetivo de este estudio es analizar las diferentes propuestas tecnológicas para mejorar el diseño curricular que se han desarrollado con el objetivo de alinear las necesidades de la industria con los componentes curriculares y otros problemas identificados. Para ello se presenta un estudio del tipo mapeo sistemático de las herramientas tecnológicas que dan apoyo al diseño curricular. Se considera identificar los modelos, métodos y técnicas de Ingeniería de Software que se usan para el desarrollo de estas herramientas. De los 40 estudios encontrados, la mayoría de las herramientas existentes carecen de prácticas de ingeniería de software, siendo la ontologia el modelo más usado. Además no se encontró herramientas que utilicen metamodelos.

Palabras-clave: Diseño curricular; Ingeniería de Software; Herramientas de apoyo; Alineamiento curricular.

Abstract: The lack of alignment and the difficulty for the technical and educational teams to communicate are the main problems in the development of curriculum design software in education. The objective of this study is to analyze the different technological proposals for improving curriculum design that have been developed with the aim of aligning the needs of the industry with the curriculum components and other identified problems. To this end, a systematic mapping study of the technological tools that support curriculum design is presented. It is considered to identify the models, methods and techniques of Software Engineering used for the development of these tools. Of the 40 studies found, most of the existing tools lack software engineering practices, ontology being the most used model. In addition, no tools using metamodels were found.

Keywords: Curricular design; Software Engineering; Tool Support; Curricular alignment.

1.Introducción

El diseño curricular es el proceso que establece la planificación, organización e integración de componentes curriculares a fin de lograr los resultados de aprendizaje esperados (Barradas & Manjarrez, 2005). El diseño curricular engloba tres niveles curriculares, que pueden ser (1) macrocurricular, que contempla la planificación curricular a nivel país, (2) mesocurricular, que contempla la planificación a nivel de institución, y (3) microcurricular, que considera la planificación a nivel de curso (Chen-Quesada & SalasSoto, 2019). Por otro lado, el diseño curricular ha estado tradicionalmente centrado en contenidos y formas de enseñanza obsoletas, sin embargo en la última década, diversas universidades a lo largo del mundo han adoptado el diseño curricular basado en competencias, a modo de responder mejor desde el mundo académico hacia las demandas del sector productivo y a los requerimientos de los empleadores (CINDA, 2010). El modelo de competencias involucra ejecuciones como procesos cognitivos y afectivos, centrándose en los resultados de aprendizajes.

Dentro del área educacional, el diseño curricular es un proceso que requiere retroalimentación constante, siendo un pilar fundamental para garantizar la calidad de programas de pregrado, postgrado o capacitaciones (Casanova, 2012). Es por ello que diversas universidades o establecimientos educacionales incluyen este proceso dentro de su Política de Formación Profesional.

Los analistas curriculares y directores de programa de estudios, desde la creación de un plan de carrera vienen enfrentados a un problema recurrente de este proceso el cual es alinearse a las necesidades de la industria. Esto sumado al mal diseño al inicio de este proceso, provocado principalmente por la falta de alineamiento entre componentes curriculares, puede afectar directamente a la impartición de la asignatura y la enseñanza del contenido de este, a la experiencia formativa (Perilla Granados, 2018).

El diseño curricular toma tiempo y en la mayoría de los casos no se logra alinear los elementos del plan de estudios (tales como perfil de egreso, malla curricular y programas de asignatura). Sepúlveda & Diéguez (2020) a través de una encuesta realizada en sus investigaciones, mencionan que 67% de los curriculistas manifiesta que los programas de asignaturas deben ser corregidos por pertinencia de los resultados de aprendizaje planteados, es decir volver a rediseñar la asignatura.

Para resolver este problema, se han desarrollado diversas herramientas de software para el apoyo al diseño curricular. Dichas herramientas pueden ser utilizadas a nivel macrocurricular, mesocurricular y microcurricular. Tradicionalmente se utilizan técnicas, métodos y modelos provenientes de la ingeniería de software para mejorar la calidad del desarrollo de herramientas de software. Según Abran et. al (2004), la ingeniería de software es la aplicación de un enfoque sistemático, disciplinado y cuantificable para el desarrollo, el funcionamiento y el mantenimiento del softwareü.

Es importante disponer de herramientas de software para el apoyo del diseño curricular que hayan sido desarrolladas utilizando técnicas y métodos de ingeniería de software ya que, sin él, el software es más costoso y menos confiable (Sommerville, 2005). Por otro lado, los modelos ayudan a explicar los requerimientos en etapas iniciales y se puede utilizar como base para discutir fortalezas y debilidades (Sommerville, 2005).

Sin embargo, no se tiene información sobre la forma de cómo se han desarrollado estas herramientas hasta hoy.

Para analizar esta problemática se propone como objetivo realizar un mapeo sistemático de literatura respecto a las herramientas tecnológicas que dan apoyo al diseño curricular basado en la metodología propuesta por Petersen (2008). Se busca clasificar los estudios por el objetivo o foco de la herramienta planteada por los investigadores. Además, dado que son herramientas tecnológicas también se espera dar evidencia a los métodos, técnicas, modelos de ingeniería de software que estén siendo usados por estas herramientas.

El presente artículo se estructura de la siguiente manera: en la sección 2 especifica y desarrolla la metodología utilizada; la sección 3 se discute los resultados obtenidos a partir del mapeo sistemático realizado. Finalmente, la sección 4 presenta las conclusiones.

2.Metodología

La metodología a usar se conoce como mapeo sistemático, una metodología que permitirá establecer un mapa conceptual del conocimiento en un área enfocándose en preguntas de investigación más generales (Budgen, 2017). Las etapas del mapeo sistemático a usar están basadas en Petersen (2008) las cuales son cinco: (1) Definición de preguntas de investigación, (2) Realización de la búsqueda de estudios primarios, (3) Selección de documentos para su inclusión y exclusión, (4) Palabras clave utilizando resumen y (5) Extracción de datos y proceso de mapeo.

2.1.Etapa 1: Definición de preguntas de investigación

El presente mapeo sistemático se plantea tres objetivos a desarrollar: (1) Identificar herramientas informáticas de apoyo para diseño curricular en educación; (2) Analizar el uso de ingeniería de software para el desarrollo de estas herramientas; y (3) Identificar los problemas en el diseño curricular.

Para cumplir con estos objetivos se planteó la siguiente pregunta principal: ¿Existen herramientas tecnológicas alineadas a prácticas de ingeniería de software que den soporte al diseño curricular?.

Las preguntas de investigación presentadas en la Tabla 1 permiten conocer si existen estas herramientas y si están alineadas a las prácticas de ingeniería de software.

2.2.Etapa 2: Realización de la búsqueda de estudios primarios

La cadena de búsqueda deberá abarcar términos relacionados con herramienta tecnológica (software, herramienta y sistema) y con diseño curricular. El diseño curricular contempla subprocesos de este, tales como diseño de cursos, diseño instruccional, mapeo curricular o gestión curricular. También se considera el aprendizaje basado en competencias como parte del nuevo enfoque que le están dando las universidades al diseño curricular. Las cadenas de búsqueda buscan términos por palabras clave a modo de limitar la cantidad de artículos encontrados y hacer más fácil el filtro. La cadena de búsqueda se muestra a continuación:

( "software" OR "system" OR "tool" ) AND ( "course design" OR "instructional design" OR "curricul· design" OR "curricul· mapping" OR "curricul· management" OR "competency based learning")

Para el proceso de búsqueda se aplicó una cadena de búsqueda para cuatro bases de datos: Scopus, WoS, IEEE y ERIC, como se muestra en la tabla 2.

2.3. Etapa 3: Selección de documentos para su inclusión y exclusión

A modo de limitar los resultados encontrados se aplican criterios de inclusión y exclusión. Los criterios de inclusión y exclusión se encuentran mezclados de acuerdo al orden en que se van a aplicar. Los criterios de inclusión consideran: (Ci) Artículos en español e inglés; (C3) Artículos provenientes de revistas, charlas, congresos, reportes técnicos, tesis, proyectos, conferencias; y (C5) Artículos orientados al uso de una herramienta informática o de ingeniería de software para el diseño curricular. Los Criterios de exclusión consideran: (C2) Artículos anteriores al 2011 y posteriores al 2020; (C4) Artículos como páginas web de empresas; (C6) Artículos cortos de menos de cuatro páginas; y (C7) Artículos no disponibles.

2.4.Etapa 4: Palabras clave utilizando resumen

De las tres preguntas de investigación propuestas, dos se pueden clasificar. La segunda pregunta de investigación (PI2) clasifica la herramienta de acuerdo al uso de ingeniería de software. La tercera pregunta de investigación (PI3) clasifica el artículo de acuerdo con la problemática principal que soluciona la herramienta informática. El esquema de clasificación se visualiza en la Figura 1.

2.5.Etapa 5: Extracción de datos y proceso de mapeo

Usando la herramienta Cabuplot (Ancán & Reyes, 2020) se crea un Gráfico de burbujas categóricas para estudios de mapeo sistemático (Figura 2). El gráfico relaciona al uso de herramientas de ingeniería de software (modelos, métodos y técnicas) y los años en que fueron publicadas las herramientas. El gráfico muestra que en los artículos y sus herramientas predomina el uso de modelos de ingeniería de software respecto a otros tipos durante los periodos que abarcan este mapeo sistemático (2011-2020).

Por otra parte, en cuanto al año de publicación de los artículos, se visualiza un crecimiento de publicaciones en los últimos años, lo cual da a entender que los problemas de diseño curricular siguen vigentes. En los últimos años se ha empezado a usar técnicas y métodos de ingeniería de software a las herramientas informáticas para diseño curricular.

PIı: ¿Cómo ha evolucionado el uso de ingeniería de software en el tiempo?

El uso de ingeniería de software en las herramientas tecnológicas de apoyo al diseño curricular ha ido bajando en los últimos años, como se visualiza en la Figura 3. Dentro de los años 2011-2020 los modelos son los elementos que más se usan de ingeniería de software. Unified Modeling Language (UML), Capability Maturity Model (CMM) y el modelo de Boehm son modelos propios de Ingeniería de Software mientras que ADDIE e IMS Learning Design (IMS-LD) son modelos que se usan para modelar software en educación. Las ontologías son los modelos que más se repiten, teniendo más relación con el modelamiento en sí.

PI2: ¿Qué modelos, métodos o técnicas de ingeniería de software se usan en el desarrollo de las herramientas tecnológicas?

De los 40 artículos encontrados, 22 usan algún modelo, método o técnica de Ingeniería de Software, como se muestra en la tabla 3. Lo más utilizado son los modelos de ontologías, los cuales son utilizados para modelar el proceso instruccional (Chimalakonda & Nori, 2020; Kasai, 2011), diseño de curso (Bansal, 2012), competencias (Muñoz et al. 2013; Romero y Gutierrez, 2020), etc. Sarkar & Negi (2013) usan UML para visualizar el proceso de diseño y para modelar varios componentes de un curso online, mientras que Jiang (2012) lo usa para un sistema de diseño instruccional. Se observa la ausencia de metamodelos.

PI3: ¿Qué problemáticas se identificaron en el estudio y dieron motivo de desarrollar la herramienta?

De los problemas mencionados en el esquema de clasificación: el poco conocimiento de diseño instruccional, consumo de tiempo, redundancia de resultados de aprendizaje, y la comunicación/colaboración, se encuentran otros problemas que mencionan los artículos seleccionados.

El conocimiento en diseño instruccional es el problema que más se intenta dar solución. Este problema abarca la falta de calidad debido a carencia de conocimiento de diseño instruccional (Chimalakonda & Nori, 2020; Francesa-Alfaro et. al, 2016; Bansal et. al, 2012), la falta de un guía para los docentes (Ling et. al, 2014), por ser más investigadores que docentes (Nakamura et. al, 2015), etc.

La gestión de curriculum es un problema que no se identificó en el esquema de clasificación y abarca la dificultad de gestionar debido a los cambios frecuentes (Ajanovski et. al, 2017) o a una escasa sistematización o método formal (Luna-García et. al, 2015; Forlizzi et. al, 2020).

El consumo de recursos ya sea costo o tiempo (Woo et. al, 2020; Ling et. al, 2018; Thong et. al, 2012; Bruno et. al, 2012) o las redundancias (Ball et. al, 2019; Arafeh et. al, 2015; Oyewumi et. al, 2011; Matute et. al, 2019; Katsamani et. al, 2012) son otros problemas recurrentes encontrados en los artículos. Otros problemas se mencionan en la tabla 4.

2.6.Amenazas a la validez

La cadena de búsqueda realizada considera solo palabras claves, lo que puede llevar a una pérdida de estudios relacionados con el diseño curricular y su herramienta tecnológica. Además, el proceso de extracción y clasificación de artículos fue hecho a interpretación de los autores, los cuales pertenecen al dominio de ingeniería de software y no así de educación.

3.Discusión

3.1. Uso de modelos, métodos o técnicas de ingeniería de software en las herramientas de apoyo al diseño curricular

El uso de ontologías es lo que más se destaca, siendo modelos que permiten a los usuarios organizar el dominio y sus partes mediante la integración de relaciones jerárquicas y asociativas (Koceva, 2014). Chimalakonda & Nori (2020) usan ontologías para modelar los objetivos, el proceso de instrucción y el material de instrucción. Otros autores usan ontologías para el nivel microcurricular para que el curso tenga consistencia con las teorías y prácticas de educación (Romero & Gutiérrez, 2020; Bansal et. al, 2012; Kasai et. al, 2011; Hayashi & Mizoguchi, 2012; Koceva, 2014). Muñoz et. al (2013) enfoca el uso de ontologías para obtener y compartir una visión común del dominio de técnicas de enseñanza y aprendizaje para el diseño curricular por competencias.

Si bien existen herramientas de apoyo al diseño curricular que usan modelos, métodos o técnicas de ingeniería de software, también hay herramientas que no mencionan algún uso de ingeniería de software. Dragon & Kimmich Mitchell (2019) desarrollaron un sistema con gráficos de conceptos para relacionar contenidos de cursos y objetivos de aprendizaje donde el modelo es el sistema. El qué es un objetivo de aprendizaje y cómo se conectan con sus partes podría ser modelado, por ejemplo.

Herramientas como sistemas, centradas en gestionar algún proceso de diseño curricular ya sea a nivel meso (Carvajal-Ortiz et. al, 2019; Gottipati & Shankararaman, 2017; Ling et. al, 2014; Elmaleh & Shankararaman, 2020) o micro (Francesa-Alfaro et. al, 2016; Nakamura et. al, 2015) sería importante considerar algún modelo, método o técnica debido al nivel de complejidad tanto del sistema como del dominio.

También existen otras herramientas que por su naturaleza no usaron ingeniería de software, ya sea porque están basados en otro software (Emmanouilidis et. al, 2011; Francesa-Alfaro et. al, 2016) o por tener un propósito simple, como procesar y mostrar resultados (Slack, 2011; Norcross et. al, 2020).

3.2. Estándar en la ingeniería de software

Dentro de la ingeniería de software existen modelos, métodos o técnicas que se consideran estándares y ahora se usan de manera extensa. UML es un estándar de facto para modelado orientado a objetos, utilizado ampliamente para adquisición de requerimientos (Sommerville, 2005). Una de las ventajas es que está administrado por Object Management Group (OMG) y contiene un metamodelo que permite hacer adaptaciones a otros contextos, tales como Data Warehouse o Software Product Line.

En este sentido, considerando la importancia de los estándares en la ingeniería de software existe una debilidad en las herramientas de apoyo al diseño curricular identificadas.

4.Conclusiones

El artículo presentó un mapeo sistemático de estudios para el análisis de literatura respecto a los modelos, métodos y técnicas de Ingeniería de Software aplicado en el desarrollo de herramientas tecnológicas para el apoyo al diseño curricular. Se analizó un conjunto de 40 artículos publicados entre 2011 y 2020.

De lo encontrado, se identificó que el modelo más utilizado son las ontologías mientras que modelos propios y estándares de Ingeniería de Software, tales como UML, fueron muy escasos. Por otro lado, no se encontró en la literatura herramientas que utilicen metamodelos para lograr una comunicación y alineamiento entre el equipo técnico de desarrollo de software y el de educación.

References

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